Design and optimization of a car spring under axial and lateral loading

Abstract

Süspansiyon sistemi kara araçlarının en önemli ve vazgeçilmez alt sistemlerinden biridir. Temel fonksiyonları; yol tutuşu, direksiyon hakimiyeti ve sürüş konforudur. Süspansiyon sistemleri birçok bileşenden oluşur. Bu çalışmada, helisel süspansiyon yayları incelenmiştir. Çalışma koşulları sırasında yüksek deformasyona uğrayan bu yaylara dizayn, sıkıştırma ve serbest hal olmak üzere 3 durum için yer değiştirme değerleri test makinesinde uygulanmış ve tepki kuvvetleri ölçülmüştür. Seçilmiş olan 4 adet yay bazı sonlu elemanlar yöntemleriyle analiz edilip, çıkan sonuçlar test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Test sonucuna en yakın değeri veren analiz yöntemi, en uygun sonlu elemanlar yöntemi seçilmiştir. Seçilmiş olan 4 adet yayın 3' ünün kuvvet ve yay ekseni çakışık ve diktir. Diğer yayın ise kuvvet ve yay ekseni eğridir ve çakışık değildir. Eğri eksen sebebiyle, uygulanan dik kuvvete karşı oluşan tepki kuvveti hem dik hem de yanal bileşene sahiptir. Yanal yüklü bu yay için optimizasyon yapılmıştır. İlgili yaya özdeş (aynı sarım yoluna sahip) 6 değişken kesit çapına sahip yay, Creo Parametric çizim programıyla modellendi ve Ansys LS-DYNA ile analizi yapıldı. Analizler sonucunda en uygun yay çapına karar verildi.

Suspension systems are one of the most important and essential equipment of land vehicles. Their main functions are road handling, steerability and driving comfort. Suspension system is composed of many equipments. In this thesis, helical springs are studied. For three different conditions (design, rebound and jounce), displacement are applied at the test machine to the springs, that are exposed to large deformation under the working conditions and reaction forces are achieved. Four spring models are chosen and analysed by finite element method and the result are compared to the test results. The analysis that resulted in the closest value to the test result is chosen as appropriate analyse type. Three of four springs that are chosen, have vertical and coincident spring and force axes. The other spring's force and spring axis is not vertical and coincident. Because of that skew axis, reaction force is composed of vertical and lateral forces when vertical force is applied to the spring. Optimization is conducted for lateral loaded spring. Six identical springs', which have the same coil path but different and varied wire diameter, CAD models are created in Creo Parametric and analysed by Ansys LS-DYNA. After the analyses, the optimum spring model is chosen.